喉区极光与电离层离子上行的关联性研究

Throat aurora is defined as south-north aligned aurora arcs equatorward of the dayside discrete aurora (i.e. ionospheric convection throat). Throat aurora was suggested to be the ionospheric response of cold magnetospheric plasma interaction with magnetopause reconnection resulting localized magnetopause deformation. By studying on the throat aurora related ionospheric variations, and the correlation of the throat aurora with ionospheric ion upflow, it is significant to understand the physical evolution process of the throat aurora, and its interaction with the origin of the cold magnetospheric plasma. In this project, based on auroral observations from ground Yellow River Station, we intend to systematic analysis the correlation of throat aurora with ionospheric ion upflow, by combining with observations from European Incoherent Scatter Svalbard Radar (EISCAT ESR) and DMSP series satellites, to further understand the ionospheric variations, which is related to the physical evolution process of throat aurora.

喉区极光是具有南北走向的分立极光，其位置位于日侧分立极光带赤道向（也就是极区电离层对流喉区）。喉区极光被认为是磁层冷等离子体流入重联区引起磁层顶局部位形变化的电离层响应。深入研究喉区极光的电离层变化，以及喉区极光与电离层离子上行的关联性，对认识和理解喉区极光物理演化过程及其相互作用的磁层冷等离子体源具有十分重要的科学意义。本项目拟以北极黄河站地面极光观测为基础，结合欧洲非相干散射Svalbard雷达（EISCAT ESR）和DMSP系列卫星观测，对喉区极光与电离层离子上行的关联性进行系统分析。通过对比研究，深入认识喉区极光物理演化过程中的电离层变化。

喉区极光，作为近年来新定义的一种极隙区电离层极光形式，是一种具有大致南北走向的分立极光。其位置通常位于日侧分立极光卵赤道向边界的极区电离层对流喉区，喉区极光也因此而得名。基于前期的相关工作，研究者认为喉区极光很可能是由于磁层冷等离子体流入日侧磁重联区而引起磁层顶局部位形变化的一种电离层响应。这种电离层响应，除了可以直观的从光学设备上观测到喉区极光的赤道向延伸，伴随喉区极光粒子沉降会引起电离层电子密度，电子/离子温度，以及等离子体流动速度的变化。为厘清这一变化，本项目将通过喉区极光观测，结合同位的欧洲非相干散射Svalbard雷达（EISCAT ESR），以及可能的电离层卫星（例如DMSP卫星）数据来深入研究喉区极光的电离层变化所引起的电离层离子上行。.通过非相干散射雷达，直接设计利于喉区极光探测的运行模式，我们将EISCAT ESR 32米蝶形天线朝向低纬一侧。利用仰角为70°的扇面扫描观测模式，并同时辅以沿磁力线方向的42米蝶形天线垂直探测，在2017年11月28日，我们获得了很好的短时喉区极光及非相干散射Svalbard雷达同位观测数据。通过方位角扫描所得的电离层等离子体流动及电子/离子温度变化数据，我们观测到了喉区极光所关联的中尺度等离子体对流涡的形成。其流动方向对应于上行的场向电流（即离子上行流），喉区极光也伴随着电离层焦耳加热（即电离层离子温度增强）的产生。.通过事件来分析喉区极光产生所引起的电离层环境变化，进而来讨论喉区极光与磁层顶位形变化的可能关联。这对于我们全面认识磁层顶重联区域的位形，及电离层极光所揭示的磁层等离子体活动具有重要的指导意义。